2020年全球电动汽车销量上升45%，电池管理成难题

am928 · 发表于 15 小时前

据统计，2020年全球电动汽车总销量为289.24万辆，与上一年相比上升了45%。在电动车快速普及的当下，电池寿命问题仍是困扰消费者的一个难题。电池安全问题也是困扰生产厂商的一个难题。如何对电池进行有效管理，成了行业厂商技术攻坚的突破口。

电池管理系统（BMS）是连接车载动力电池和电动汽车的关键纽带，它能实时采集电池组运行过程中的重要信息，还能对这些信息进行处理与存储，并且能与外部设备交换信息，以此解决电池系统里安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题。在此趋势背景下，与非网推出了BMS专题，还邀请英飞凌公司对相关问题展开了探讨。张昌明是英飞凌科技大中华区汽车电子事业部动力系统与新能源业务单元的市场经理，他进行了详细的分享，还进行了交流。

张昌明是英飞凌科技大中华区汽车电子事业部动力系统与新能源业务单元的市场经理

电动汽车起火问题屡屡出现，电动汽车爆炸问题屡屡出现，这是否意味着BMS还存在很大的优化空间，主要是哪些环节存在问题，主要是哪些部件存在问题？

张昌明表示，BMS的主要功能是监测电池包内的各项参数，这些参数涵盖电芯电压、电流、温度、系统绝缘、压力、异常气体等。电动汽车发生起火等事故是由电池状态出现异常引发的。过充、过放会对锂离子电池包造成伤害，甚至导致更严重的事故。除常规监测电压、电流外，若能提前预知环境的异常变化，便可避免事故发生。从这个角度讲，BMS有很大的优化空间，可以更加智能化。

电芯出现异常时，常常会呈现发热状态，会出现欠压情况，还会产生异常气体等。2020年，工信部组织制定了《电动汽车用动力蓄电池安全要求》。该要求于2020年作为强制性国家标准发布。标准增添了电池系统热扩散试验。此试验要求，电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不能起火，也不能爆炸。这是为了给乘员预留安全逃生时间。智能化的BMS能借助气压传感器判断包内环境，能借助温度传感器判断包内环境，能借助异常气体传感器判断包内环境，通过包内环境参数检测结合电芯参数准确计算电池包状态会引导BMS技术创新方向，最终计算结果是否准确取决于检测到的各种数据是否准确，所以这些传感器与模拟前端芯片的质量与可靠性是最重要的保障。

从产业链角度看，芯片厂商的产品或方案是供给电池厂吗，是供给主机厂吗，还是供给Tier1厂商呢？在整车厂和电芯厂向BMS产业链延伸规划的趋势下，产业链条在发生变化吗，芯片厂在其中的定位在发生变化吗？

张昌明：从2018年至2020年BMS市场份额分布情况来看，BMS产业链上的制造商已出现变化，过去是BMS方案供应商起决定作用，如今变为电池厂与整车厂自行研发或定制开发。2021年芯片供应环境对主机厂与电池厂也产生影响，使其加强了对芯片决策的参与度，能提供整体解决方案的芯片厂商会获得更多机会。

与非网：BMS的监测涵盖SOC、SOH等多种数据，当前哪些指标能够实现高精度监测，哪些数据监测存在困难？

张昌明表示，电压、电流、温度、压力这些参数能够进行高精度检测。电压、电流的检测对检测时序有重要要求，我们要尽量确保这些参数是在同一时刻读取到的，不然时间间隔过宽就会失去意义。温度检测存在难点，难在温度网络的建立。现有的温度检测是通过多点检测来创建温度网络，然而这个网络实际上是预估出来的，无法完全反映实际的温度状况。要更准确地感知电芯温度，就需要更多的温度传感器，这进而提高了BMS系统方案的设计难度。

5G、AI、云计算、大数据等技术兴起，5G、AI、云计算、大数据等技术发展，这给BMS带来了哪些改变？5G、AI、云计算、大数据等技术给BMS带来了哪些助力？从市场需求来看，BMS还呈现出哪些创新发展的趋势？从技术实现来看，BMS还呈现出哪些创新发展的趋势？

张昌明表示，当前的BMS可凭借过电压刻度预估电池电量百分比，而更智能的BMS应如同燃油车的油量检测那般，能够预知还有多少可用能量，未来的BMS在现有功能基础上还需增添能量预估功能。清楚知道充进了多少电量，也明晰运行过程中放出了多少电量，通过结合VCU了解驾驶习惯来预估剩余行程里程，最终解决剩余电量焦虑，基于这个需求，BMS要升级形成域或区级的控制系统，需要更强的MCU，需要更快速的通讯速度。结合未来换电方案的推广，能源供应体系需要对储能资产进行集中式管理，由此发展出了云端BMS的需求，电池包内的BMS系统可能受能耗限制，无法无限提升算力，所以可将复杂计算工作置于云端处理，电池包运营商借助云端管理、监控所有电池包的运行状态并与车辆互动。5G、AI、云计算、大数据技术都将应用于BMS系统管理。

由于电芯存在不一致性，出现了不同工作条件、不同老化率等问题，所以需要进行均衡管理。当前，电动汽车BMS的均衡管理，常用的是被动均衡还是主动均衡？均衡管理未来的发展方向是什么？

张昌明：目前量产的BMS方案大多采用被动均衡式管理。被动均衡功能借助模拟前端芯片内置的均衡电路达成。英飞凌的模拟前端芯片能够支持任意两通道之间实现150mA的均衡电流。与主动均衡相比，被动均衡通过电阻耗散能量来实现，功率需求小，系统设计简便，具备成本低、性能可靠等优点。主动均衡要实现任意电芯间的能量转移，需要更多器件，功率需求大，系统需采用矩阵式设计。因零件数量增多，由此引发的系统可靠性问题也不容小觑。

随着BMS不断发展，无线BMS开始问世。在目前的市场应用里，无线BMS的实际应用状况究竟怎样？

张昌明：在新能源汽车应用方面，近期凯迪拉克推出了一款采用无线BMS的量产车型，这是全球首款量产版BMS。英飞凌已完成无线BMS方案设计，当前正处于验证阶段。与此同时，我们日本团队完成了模拟电池包内环境的无线通讯测试。从价值链角度来看，无线BMS仍处于初期阶段，并未形成显著的系统成本优势，也没有解决有线BMS的痛点问题。当前在研项目大多是预研项目，正在探寻无线BMS的设计难点以及包内无线传输的通信能力。经过我们的调查研究，无线BMS的推广最初会在电池梯次利用、电池模组仓储管理、储能系统无线BMS这三个维度展开。

从BMS市场成熟度的角度来看，国内外市场特点是什么，存在哪些区别，如何看待中国BMS市场的发展，从产业模式的角度来看，情况又是怎样的？

张昌明表示，国内BMS市场在过去两年发展后，呈现出向电池厂或整车厂自主开发，或与BMS解决方案供应商合作开发的形式发展的态势。从这一情况来看，国内外市场产业模式已趋于统一。用户会对BMS方案提出更多要求以及拥有方案决定权。在中国新能源汽车产业规划的推动下，中国的BMS市场发展或许还会领先于国外市场。这一点主要的推动力应当源自电池整个产业链的运作模式，车用电池电量下降到一定比例后，需要进行回收利用，怎样回收利用会对BMS以及电池模组、电池包的设计提出要求。

分享最后，张昌明介绍了英飞凌在BMS上的布局，英飞凌能提供BMS完整解决方案，该方案包含12V、48V、400V/800V BMS方案，其产品涵盖模拟前端采集芯片，还有主控芯片系列MCU，以及电源管理芯片，也有CAN收发器，另外包括铁电存储器F-RAM，还有包内环境检测芯片，以及高精度电流检测芯片，以及其他通用芯片。英飞凌的BMS完整解决方案，能支持ASIL-D功能安全等级的要求，其模拟前端芯片，基于架构的MCU，还有电源管理芯片，都符合芯片级ASIL-D设计要求。模拟前端芯片采用12通道的独立ADC，内置70Hz低通滤波器，这能有效减少系统元器件的使用，12通道ADC可同时采样所有电芯电压，以此确保采样一致性，通过优化基准电压设计，能确保生命周期的高精度电压采样。

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